JP4515285B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成におけるトナー消費量の変更に係り、特にトナーを節約するモードに関するものである。

電子写真方式の画像形成装置において、画像形成の際にトナーを節約するモード、すなわち同一の入力画像に対するトナー消費量を減少させるモードを有するものがある。トナーを節約する方法として、例えば特許文献１に記載されているように、印刷する文字の黒ドットが並んでいる場合に、黒、白、黒というドット順序になるように黒ドットを間引く処理を行う方法がある。また、特許文献２には、印刷する画像から黒ドットを間引きするトナー節約モードで印刷する場合に、印刷前にユーザがホスト装置でトナーを節約した結果の画像を確認することができるようにして、ユーザがトナー節約モードを設定するか否かの判断を行えるようにすることが記載されている。

また、トナーを節約する他の方法として、印刷する線の幅を小さくしたり、画像の階調データを明るめに補正したりする方法もある。さらには、露光装置のレーザビーム径、光パワー、露光パルスのＯＮ／ＯＦＦ時間を決定するＰＷＭ値などを切り替える方法もある。

このようなトナー節約モードは、基本的には従来主流であった、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤を用いる方式でトナーを使用する画像形成装置で行われる。また、トナー節約モードを実施するか否かは、基本的にユーザの意思により選択される。
特開２００２−６６９３号公報（２００２（平成１４）年１月１１日公開） 特開平１０−９７１６１号公報（１９９８（平成１０）年４月１４日公開）

しかしながら、ドットの間引きを行う方法、線の幅を小さくする方法、および、階調データを明るめに補正する方法では、複雑な画像処理が必要になるという問題がある。

また、レーザビーム径、光パワー、露光パルスのＰＷＭ値などを切り替える方法では、それらを実現する回路が複雑になるという問題がある。また、露光パルスのＰＷＭ値を切り替える方法では、パルスのＯＮデューティとトナー消費量との関係を表す特性曲線が、装置環境の変動や他のプロセス条件の変更で変化してしまうため、意図した通りのトナー節約量を達成することが困難であるという問題がある。

また、上記各方法では、実現の複雑さ以外に、極端な画質の変化を伴いやすいという問題もある。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、２成分現像剤を用いて現像を行う電子写真方式の画像形成装置において、容易かつ正確にトナー消費量を変更することのできる画像形成装置および画像形成方法を実現することにある。

本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、２成分現像剤を用いて現像を行い、所望の段階で同一の入力画像に対するトナー消費量を切り替えることが可能な電子写真方式の画像形成装置において、前記トナー消費量を切り替えるために、前記２成分現像剤のトナー濃度の目標値であるトナー濃度基準値を切り替えることを特徴としている。

上記の発明によれば、トナー濃度基準値の切り替えを行うことにより、そのトナー濃度基準値においてトナーを多めに供給する画像データが与えられたときに、現像装置から感光体へ供給されるトナーの量がある値で飽和してそれ以上供給されない。従って、トナー濃度基準値を切り替えるだけで確実にトナーを節約することができる。

以上により、２成分現像剤を用いて現像を行う電子写真方式の画像形成装置において、容易かつ正確にトナー消費量を変更することのできる画像形成装置を実現することができるという効果を奏する。

本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、前記トナー濃度基準値を切り替えるときに、切り替え後の前記トナー濃度基準値に応じて、感光体の表面電位と現像バイアスとの差を設定することを特徴としている。

上記の発明によれば、現像剤のトナー濃度を低くすると、現像剤中のキャリアが現像槽４外へこぼれ出る現象が起こりやすくなるが、切り替え後のトナー濃度基準値に応じて、感光体の表面電位と現像バイアスとの差を設定するようにすれば、上記現象を防止することができるという効果を奏する。

本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、前記トナー濃度基準値の設定と感光体の表面電位の設定とを行うことで、前記トナー消費量の切り替えを行うことを特徴としている。

上記の発明によれば、感光体の表面電位を変更すれば、ある露光条件とトナー消費量との関係などを表す特性曲線が変化するため、トナー消費量を変化させることのできる範囲を広げることができる。従って、トナー濃度基準値の減少だけではトナー消費量を目的の値まで減少させるのが困難な場合でも、容易にトナー量を目的の値にまで減少させることができるという効果を奏する。

本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、前記トナー消費量を切り替えるべきことを認識してから、所定時間が経過した後に印刷を開始することを特徴としている。

上記の発明によれば、トナーの節約を行った後、通常のトナー濃度基準値に戻して印刷したい場合に、現像装置のトナー濃度は低くなっている。そこで、トナー消費量を増加させるときに、トナー濃度が所定の値にまで増加するように所定時間が経過してから印刷を開始するようにする。これにより、品質を低下させることなく印刷を行うことができるという効果を奏する。

本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、前記トナー消費量の切り替えが前記トナー消費量を減少させるものである場合に、前記トナー濃度基準値を段階的に減少させることを特徴としている。

上記の発明によれば、トナーの節約を行うときにトナー濃度が急激に減少することによって画像の品質が低下することを避けることができるという効果を奏する。

本発明の画像形成方法は、上記課題を解決するために、２成分現像剤を用いて現像を行い、所望の段階で同一の入力画像に対するトナー消費量を切り替えることが可能な電子写真方式の画像形成装置の画像形成方法において、前記トナー消費量を切り替えるために、前記２成分現像剤のトナー濃度の目標値であるトナー濃度基準値を切り替えることを特徴としている。

上記の発明によれば、トナー濃度基準値の切り替えを行うことにより、そのトナー濃度基準値においてトナーを多めに供給する画像データが与えられたときに、現像装置から感光体へ供給されるトナーの量がある値で飽和してそれ以上供給されない。従って、トナー濃度基準値を切り替えるだけで確実にトナーを節約することができる。

以上により、２成分現像剤を用いて現像を行う電子写真方式の画像形成装置において、容易かつ正確にトナー消費量を変更することのできる画像形成装置を実現することができるという効果を奏する。

本発明の画像形成方法は、上記課題を解決するために、前記トナー濃度基準値を切り替えるときに、切り替え後の前記トナー濃度基準値に応じて、感光体の表面電位と現像バイアスとの差を設定することを特徴としている。

上記の発明によれば、現像剤のトナー濃度を低くすると、現像剤中のキャリアが現像槽４外へこぼれ出る現象が起こりやすくなるが、切り替え後のトナー濃度基準値に応じて、感光体の表面電位と現像バイアスとの差を設定するようにすれば、上記現象を防止することができるという効果を奏する。

本発明の画像形成方法は、上記課題を解決するために、前記トナー濃度基準値の設定と感光体の表面電位の設定とを行うことで、前記トナー消費量の切り替えを行うことを特徴としている。

上記の発明によれば、感光体の表面電位を変更すれば、ある露光条件とトナー消費量との関係などを表す特性曲線が変化するため、トナー消費量を変化させることのできる範囲を広げることができる。従って、トナー濃度基準値の減少だけではトナー消費量を目的の値まで減少させるのが困難な場合でも、容易にトナー量を目的の値にまで減少させることができるという効果を奏する。

本発明の画像形成方法は、上記課題を解決するために、前記トナー消費量を切り替えるべきことを認識してから、所定時間が経過した後に印刷を開始することを特徴としている。

上記の発明によれば、トナーの節約を行った後、通常のトナー濃度基準値に戻して印刷したい場合に、現像装置のトナー濃度は低くなっている。そこで、トナー消費量を増加させるときに、トナー濃度が所定の値にまで増加するように所定時間が経過してから印刷を開始するようにする。これにより、品質を低下させることなく印刷を行うことができるという効果を奏する。

本発明の画像形成方法は、上記課題を解決するために、前記トナー消費量の切り替えが前記トナー消費量を減少させるものである場合に、前記トナー濃度基準値を、最終的な前記トナー濃度基準値に至るまで段階的に減少させることを特徴としている。

上記の発明によれば、トナーの節約を行うときにトナー濃度が急激に減少することによって画像の品質が低下することを避けることができるという効果を奏する。

本発明の画像形成装置は、以上のように、前記トナー消費量を切り替えるために、前記２成分現像剤のトナー濃度の目標値であるトナー濃度基準値を切り替えるので、容易かつ正確にトナー消費量を変更することのできる画像形成装置を実現することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。図２は、本実施形態にかかる画像形成装置である複写機３０の概略構成を示す断面図である。この複写機３０は、非磁性トナーと磁性キャリアとを混合してなる成分現像剤を用いる現像装置１０を備えている。

（複写機３０の構成）
複写機３０は複写機，プリンターおよびファクシミリ装置としての機能を有するものであり、スキャナ部３１、通信部３４、レーザープリンター部３２、および、シート搬送機構５０を備えている。

スキャナ部３１は透明ガラスからなる原稿載置台３５、原稿載置台３５上へ自動的に原稿を供給搬送するための両面対応自動原稿送り装置（ＲＡＤＦ；Recirculating Automatic Document Feeder）３６、及び原稿載置台３５上に載置された原稿の画像を走査して読み取るための原稿画像読み取りユニット、すなわちスキャナユニット４０から構成されている。そして、このスキャナ部３１にて読み取られた原稿画像は、画像データとして後述する画像データ入力部へと送られ、画像データに対して所定の画像処理が施される。

ＲＡＤＦ３６は、所定の原稿トレイ（図示せず）上に複数枚の原稿を一度にセットしておき、セットされた原稿を１枚ずつ自動的に原稿載置台３５上へ給送する装置である。そして、スキャナユニット４０による原稿画像の読み取りが行われた後、所定の取り出し位置にまで搬出する機能を有している。

また、ＲＡＤＦ３６は、両面自動原稿送り装置としての機能を有している。すなわち、ＲＡＤＦ３６は、片面の読み取りに用いる片面用搬送路に加えて、両面の読み取りに使用する両面用搬送路、搬送路を切り替えるためのガイド、各搬送路における原稿の状態を把握（確認）・管理するためのセンサ群および制御部等（全て図示せず）を有している。これにより、スキャナユニット４０による原稿画像の読み取り後、原稿を裏返し、再び原稿載置台３５に搬送することが可能となっている。

そして、ＲＡＤＦ３６は、ユーザ（オペレータ）によって入力される選択指示に応じて、原稿の片面読み取りあるいは両面読み取りのいずれかを実行するように設定されている。

スキャナユニット４０は、原稿載置台３５上に搬送された原稿の画像を、１ライン毎に読み取る原稿画像読み取りユニットである。そして、図２に示すように、第１走査ユニット４０ａ，第２走査ユニット４０ｂ，光学レンズ４３およびＣＣＤ４４を有している。

第１走査ユニット４０ａは、原稿載置台３５に沿って左から右へと一定速度Ｖで移動しながら原稿を露光するものである。そして、図２に示すように、光を照射するためのランプリフレクターアセンブリ４１と、原稿からの反射光を第２走査ユニット４０ｂに導く第１の反射ミラー４２ａとを有している。

第２走査ユニット４０ｂは、第１走査ユニット４０ａに追随してＶ／２の速度で移動するようになっている。そして、第１の反射ミラー４２ａに反射される光を光学レンズ４３およびＣＣＤ４４の方向へ導くための、第２・第３の反射ミラー４２ｂ・４２ｃを備えている。

光学レンズ４３は、この第３の反射ミラー４２ｃに反射される光を、光電変換素子であるＣＣＤ４４上で結像させるものである。

ＣＣＤ４４は、光学レンズ４３によって結像された光を、電気信号に変換するためのものである。このＣＣＤ４４によって得られたアナログの電気信号は、ＣＣＤ４４を備えたＣＣＤボード（図示せず）によってデジタル信号の画像データに変換される。そして、この画像データは、画像処理部において各種の画像処理が施された後にメモリに記憶される（図示せず）。そして、複写機３０のメインＣＰＵ（図示せず）の出力指示に応じて、レーザープリンター部３２に伝達されるように設定されている。

このように、スキャナ部３１は、上記ＲＡＤＦ３６とスキャナユニット４０との互いに関連した動作により、原稿載置台３５上に読み取るべき原稿を順次載置させながら、原稿載置台３５の下面に沿ってスキャナユニット４０を移動させて原稿画像を読み取るように構成されている。

通信部３４は、無線通信あるいは有線通信によって、パーソナルコンピュータＰＣやファクシミリ装置ＦＡＸなどの外部装置と通信を行うものである。これにより、例えばスキャナ部３１によって読み取った画像データを外部に送信したり、あるいは、外部機器から受信したデータに基づく画像をレーザープリンター部３２によって記録材であるシート上に形成したりできるようになっている。

レーザープリンター部３２は、画像データに基づいてシートに画像を形成するためのものである。そして、図２に示すように、レーザー書き込みユニット４６、電子写真プロセス部４７およびシート搬送機構５０を備えている。

レーザー書き込みユニット４６は、スキャナ部３１によって読み取られた画像データや、外部装置から受信した画像データに基づいて、電子写真プロセス部４７における潜像保持体である感光体ドラム４８にレーザー光を照射し、静電潜像を形成するものである。そして、半導体レーザー光源，レーザー光を等角速度で偏向するポリゴンミラーおよびｆ−θレンズを有している（全て図示せず）。ここで、ｆ−θレンズは、ポリゴンミラーによって偏向されたレーザー光を、感光体ドラム４８の表面において、等角速度で偏向されるように補正するものである。

電子写真プロセス部４７は、感光体ドラム４８と、その周囲に設けられた帯電器１２，現像装置１０，転写器１４,剥離器（図示せず），クリーニング器１３および除電器（図示せず）とを備えている。

帯電器１２は、感光体ドラム４８上にレーザー書き込みユニット４６によって静電潜像を形成させるために、感光体ドラム４８の表面を均一に帯電させる。

現像装置１０は、レーザー書き込みユニット４６によって形成された感光体ドラム４８上の静電潜像を現像してトナー像を生成する。なお、現像装置１０の詳細については後述する。

転写器１４は、現像装置１０によって生成したトナー像をシートに対して静電転写する。

シート搬送機構５０は、図２に示すように、搬送部３３、カセット給紙装置５１〜５４、定着器４９、用紙反転部５５、再供給経路５６、排紙ローラ５７を備えており、電子写真プロセス部４７にシートを供給するとともに、シートに転写された画像を定着させ、さらに、シートを外部に排出する機能を有している。

搬送部３３は、電子写真プロセス部４７における所定の転写位置（転写器が配置されている位置）にシートを搬送するためのものである。

カセット給紙装置５１〜５４は、転写にかかるシートを蓄積しておくとともに、転写時に、シートを搬送部３３に送り込むためのものである。

定着器４９は、シートに転写されたトナー像を定着させるものである。

用紙反転部５５は、用紙反転部２３は、搬送されてきた用紙の表裏を反転して排出（スイッチバック）するものである。

再供給経路５６は、トナー像の定着後、シートの裏面に画像を形成するために、シートを搬送部３３に再供給するための経路である。

排紙ローラ５７は、搬送されてきたシートを後処理装置（図示せず）に排出するためのものである。

（現像装置１０の構成）
次に、現像装置１０の構成について説明する。図３は、現像装置１０の構成を示す断面図である。この図に示すように、現像装置１０は、現像ローラ１、撹拌ローラ２，３、現像槽４、ドクターブレード５、トナー補給槽７、および、トナーカートリッジ７ａを備えている。

現像槽４は、現像剤を収容するための収容槽であり、現像槽４内には、現像ローラ１、撹拌ローラ２，３、および、ドクターブレード５が備えられている。また、現像槽４のフレームにおいて撹拌ローラ２と下方側で対向する位置には、透磁率センサからなるトナー濃度センサ１００が備えられている。また、現像槽４には、開口部６が設けられており、この開口部６を介してトナー補給槽７から現像剤が供給されるようになっている。

現像ローラ１は、現像槽４の開口部から一部が露出し、この露出した部分が感光体ドラム４８と対向するように設けられた、円筒状の回転ローラであり、現像槽４内に収容されているトナーを担持して上記露出部における感光体ドラム４８との対向部に搬送するものである。これにより、感光体ドラム４８上に形成された静電潜像にトナーを付着させることができ、この静電潜像を現像してトナー像を形成することができる。なお、図３に示した矢印Ａ，Ｂはそれぞれ、感光体ドラム４８，現像ローラ１の回転方向を示している。

ドクターブレード５は、現像槽４における現像ローラ１と感光体ドラム４８とのニップ部よりも上流側に備えられ、現像ローラ１とドクターブレード５の先端とのギャップであるドクターギャップＤｇを規定し、現像ローラ１に付着したトナーの一部を穂切するものである。

撹拌ローラ２，３は、現像槽４内の現像剤を撹拌することで、現像剤を微小に帯電させるものである。なお、図３に示した矢印Ｃは、撹拌ローラ２の回転方向を示している。

トナー補給槽７には、図３に示したように、開口部が設けられており、この開口部と現像槽４に設けられた開口部６とを介して、トナー補給槽７内のトナーが現像槽４に供給されるようになっている。より詳細には、トナー補給槽７の上記開口部付近には、補給ローラ８が備えられており、後述するトナー濃度制御系６０が、補給ローラ８を回転駆動させるための補給ローラ駆動モータの回転を制御することで、現像槽４に補給するトナーの量が制御される。なお、トナー補給槽７には、上記開口部とは異なる開口部がさらに設けられており、この開口部を介して、トナー補給槽７に対して交換可能に取り付けられるトナーカートリッジ７ａからトナーが必要に応じて補給されるようになっている。また、トナー補給槽７内には、トナーを撹拌するための撹拌部材９が備えられている。

（トナー濃度制御系６０の構成）
図１は、複写機３０におけるトナー濃度制御系６０の構成を示すブロック図である。この図に示すように、トナー濃度制御系６０は、制御部６１、画像データ入力部６２、面積率算出部６３、トナー消費率算出部６４、補正消費率算出部６５、主補給タイミング制御部６６、主補給不足量算出部６７、主補給基準比較部６８、主補給量制御部６９、補給ローラ主駆動部７０、トナー供給率算出部７１、補助補給タイミング制御部７２、トナー濃度検出部７３、補助補給量算出部７４、補助補給量制御部７５、および、補給ローラ補助駆動部７６を備えている。また、トナー濃度制御系６０には、ＲＯＭ８０、ＲＡＭ８１、および、補給ローラ駆動モータＭが接続されている。

制御部６１は、トナー濃度制御系６０の全ての動作を制御するトナー濃度制御系６０の中枢部であり、ＣＰＵで構成される。また、ＲＯＭ８０にはトナー濃度制御等のプログラムが記憶されており、制御部６１は、ＲＯＭ８０に記憶されたプログラムを読み込んで実行することで、トナー濃度制御系６０の各部の動作を制御する。なお、制御部６１は、複写機３０のメインＣＰＵの一部であってもよい。

ＲＡＭ８１は、基準値記憶部８１ａ、トナー濃度基準値記憶部８１ｂを含んでいる。基準値記憶部８１ａは、画像データから算出したトナー消費率に基づくトナーの補給を行うか否かを判断するための基準値を記憶する。トナー濃度基準値記憶部８１ｂは、トナー濃度の目標値であるトナー濃度基準値を記憶する。本実施形態では、トナー濃度基準値が１からＭまでのＭ通り記憶されている。複写機３０はトナー節約モードを有しており、トナー濃度基準値１は標準のトナー濃度基準値であり、トナー濃度基準値２〜Ｍはトナー節約モードで使用するトナー濃度基準値である。１からＭに近づくに従って、トナー濃度基準値は小さくなる。

なお、基準値記憶部８１ａに記憶する基準値、および、トナー濃度基準値記憶部８１ｂに記憶するトナー濃度基準値は、例えばＲＯＭ８０に予め記憶されていてもよく、あるいは、図示しない入力手段を介してユーザが設定してもよい。

上記ＲＡＭ８１およびＲＯＭ８０には、適宜、書き替えおよび消去が可能な不揮発性メモリを適用してもよい。

また、制御部６１が、ＲＯＭ８０から読み込んだプログラム等の情報や、トナー濃度センサ１００の出力電圧に基づくトナー濃度の情報などを、ＲＡＭ８１に一時記憶するようにしてもよい。

画像データ入力部６２には、スキャナ部３１によって読み取った画像や通信部３４を介して外部機器から受信した画像データに対して、所定の画像処理を施された画像データが入力される。なお、所定の画像処理とは、例えば、それ以降の画像処理に対する前処理、画像調整における入力ガンマ補正、変換、領域分離処理、文字領域、網点写真領域等の領域判定処理、領域ごとに領域判定結果を示す識別信号を付加する領域分離処理、ＲＧＢの画像信号をＣＭＹＫ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像信号に変換する色補正処理、変倍処理、空間フィルタ処理、中間調ガンマ特性の補正処理、などである。そして、画像データ入力部６２は、入力された画像データを面積率算出部６３に出力する。

面積率算出部６３は、画像データ入力部６２から入力された画像データ（画像信号、多値画像）に対して、ピクセル（画素）単位で重み付け係数を掛け合わせながらピクセルカウントを行い、ピクセルカウントの積算値と画像形成領域の面積との比率である面積率を算出する。

トナー消費率算出部６４は、面積率算出部６３が算出した面積率からトナー消費率、すなわち単位時間当たりのトナー消費量を算出する。

補正消費率算出部６５は、トナー消費率算出部６４が算出したトナー消費率を、算出結果よりも小さい値に補正する。この際、トナー消費率算出部６４によって算出したトナー消費率と実際のトナー消費率との誤差を考慮した場合に、補正後のトナー消費率が、実際のトナー消費率よりも必ず小さくなるように補正する。すなわち、補正後のトナー消費率が、トナー消費率算出部６４によって算出したトナー消費率から、トナー消費率算出部６４によって算出したトナー消費率と実際のトナー消費率との誤差の最大値を差し引いた値よりも小さくなるように補正する。これにより、トナーの過補給が生じることを確実に防止できる。

主補給タイミング制御部６６は、補正消費率算出部６５から入力された補正後のトナー消費率（補正消費率）を、所定時間（遅延時間ｔ１）だけ遅延させて主補給不足量算出部６７に出力する遅延回路である。なお、遅延時間ｔ１は、補正消費率算出部６５において画像データに基づく補正消費率を算出した後、当該補正消費率の算出に用いた画像データに対応する画像の現像処理が現像ローラ１と感光体ドラム４８との間で行われ、当該現像処理後に現像ローラ１上に残存したトナーが現像槽４に回収され、撹拌ローラ２，３によって補給ローラ８の近傍に移動するまでの時間に設定されている。

主補給不足量算出部６７は減算処理部かつ積分処理部であって、主補給タイミング制御部６６から入力された補正消費率から、上記遅延時間ｔ１の期間中に供給されるトナーの単位時間当たりの供給量（トナー供給率ＳＲ）を減算し、その減算結果を積分することで、トナー不足量を算出する。なお、トナー供給率ＳＲは、トナー供給率算出部７１が、補給ローラ駆動モータＭへの駆動信号に基づいて算出し、主補給不足量算出部６７に出力（フィードバック）する。

主補給基準比較部６８は、主補給不足量算出部６７が算出したトナー不足量から、ＲＡＭ８１に記憶されている基準値を減算してトナー補給量（主補給量）を算出し、算出した主補給量を主補給量制御部６９に出力する。

主補給量制御部６９は、主補給基準比較部６８から入力された主補給量が所定値以上の場合に、補給ローラ主駆動部７０に補給ローラ駆動モータＭを駆動させるための駆動信号を供給し、主補給基準比較部６８から入力された信号が所定値未満の場合に、補給ローラ主駆動部７０に補給ローラ駆動モータＭを停止させるための停止信号を供給する。すなわち、主補給不足量算出部６７が算出したトナー量が、ＲＡＭ８１内の基準値記憶部８１ａに記憶されている基準値よりも大きい場合には補給ローラ駆動モータＭを駆動させ、主補給不足量算出部６７が算出したトナー量が、ＲＡＭ８１に記憶されている基準値よりも小さい場合には補給ローラ駆動モータＭを停止させる。

なお、主補給量制御部６９は、例えば、トリガパルスが入力されると、一定時間幅のパルスを出力するモノステーブル（単安定）マルチバイブレータで構成され、補給すべきトナー量に応じたタイミングで間欠駆動される。なお、主補給制御部６９はモノステーブルマルチバイブレータに限るものではなく、例えば補給ローラ駆動モータＭの回転数を制御することによってトナー補給量を制御する構成としてもよい。ただし、主補給量制御部６９としてモノステーブルマルチバイブレータを用いる場合には、例えば補給ローラ駆動モータＭの回転数を制御する場合に比べて、トナー補給量をより正確に安定して制御できる。

補給ローラ主駆動部７０は、主補給量制御部６９から駆動信号を受けている間、補給ローラ８の回転駆動源である補給ローラ駆動モータＭを駆動（間欠駆動）する。これにより、補給ローラ８が回転駆動され、トナー補給槽７内のトナーが現像槽４に補給される。

トナー濃度検出部７３は、トナー濃度センサ１００の出力信号に基づいて、現像槽４内のトナー濃度を検出し、検出結果を補助補給量算出部７４に出力する。

補助補給量算出部７４には、トナー濃度検出部７３からのトナー濃度検出値と、ＲＡＭ８１内のトナー濃度基準値記憶部８１ｂに記憶されているトナー濃度基準値１〜Ｍのうちの使用するものと、補助補給タイミング制御部７２を介して、補正消費率算出部６５によって補正された後のトナー消費率（補正消費率）とが入力される。そして、補助補給量算出部７４は、現像槽４内のトナー濃度をトナー濃度基準値にするために現像槽４内に含まれているべきトナー量（トナー目標量）から、上記トナー濃度検出値から算出した現像槽４内に含まれているトナー量と、補助補給タイミング制御部７２を介して入力される補正消費率とを減算し、減算結果を積分する。これにより、画像データから算出したトナー消費率に基づくトナー補給量（主補給量）を補給した後、現像槽４内のトナー濃度をトナー濃度基準値にするために不足するトナー量が、トナー濃度検出結果に基づいて算出される。

なお、補助補給タイミング制御部７２は遅延回路であって、補正消費率算出部６５から出力された補正消費率は、補助補給タイミング制御部７２によって遅延時間ｔ２だけ遅延されて補助補給量算出部７４に入力される。ここで、遅延時間ｔ２は、補正消費率算出部６５において補正消費率を算出した後、当該補正消費率の算出に用いた画像データに対応する画像の現像処理が現像ローラ１と感光体ドラム４８との間で行われ、当該現像処理後に現像ローラ１上に残存したトナーが現像槽４に回収され、撹拌ローラ２によってトナー濃度センサ１００の濃度検出領域に移動するまでの時間に設定されている。

補助補給量制御部７５は、補助補給量算出部７４から入力された信号に基づいて補給ローラ補助駆動部７６に補給ローラ駆動モータＭを駆動させるための駆動信号または停止させるための停止信号を供給する。すなわち、補助補給量算出部７４が算出したトナー補給量（補助補給量）のトナーを現像槽４に補給するように、補給ローラ駆動モータＭを駆動させる。なお、補助補給量制御部７５は、例えば、トリガパルスが入力されると、一定時間幅のパルスを出力するモノステーブルマルチバイブレータで構成され、補給すべきトナー量に応じたタイミングで間欠駆動される。なお、補助補給制御部７５はモノステーブルマルチバイブレータに限るものではなく、例えば補給ローラ駆動モータＭの回転数を制御することによってトナー補給量を制御する構成としてもよい。ただし、補助補給量制御部７５としてモノステーブルマルチバイブレータを用いる場合には、例えば補給ローラ駆動モータＭの回転数を制御する場合に比べて、トナー補給量をより正確に安定して制御できる。

補給ローラ補助駆動部７６は、補助補給量制御部７５から駆動信号を受けている間、補給ローラ８の回転駆動源である補給ローラ駆動モータＭを駆動する。これにより、補給ローラ８がトナー補給槽７内のトナーを現像槽４に供給するようになっている。

（トナー濃度制御系６０の動作）
次に、トナー濃度制御系６０の動作について説明する。図４は、トナー濃度制御系６０によるトナー濃度制御動作の流れを示すフローチャートである。

まず、制御部６１は、トナー濃度基準値を、トナー濃度基準値記憶部８１ｂに記憶されているトナー濃度基準値１〜Ｍのうちの１に設定する（ステップＳ１）。

画像データ入力部６２に画像データの入力を受け付けると（ステップＳ２）、制御部６１は、面積率算出部６３に形成する画像の面積率を算出させる（ステップＳ３）。

そして、制御部６１は、算出した面積率に基づいて、トナー消費率算出部６４にトナー消費率を算出させる（ステップＳ４）。

さらに、制御部６１は、補正消費率算出部６５にトナー消費率を所定の割合で減じた（１未満の所定の補正率を乗じた）補正消費率を算出させる（ステップＳ５）。この際、補正後のトナー消費率が、トナー消費率算出部６４によって算出したトナー消費率から、トナー消費率算出部６４によって算出したトナー消費率と実際のトナー消費率との誤差の最大値を差し引いた値よりも小さくなるように補正する。

例えば、トナー消費率算出部６４によって算出したトナー消費率と実際のトナー消費率との誤差の最大値が±２０％である場合、算出したトナー消費率に対して８０％以下の値を補正後のトナー消費率（補正消費率）に設定する。なお、この場合、過補給をより確実に防止するために、補正消費率を、例えば、算出したトナー消費率に対して８０％の値よりも小さい値（例えば７０％）に設定してもよい。また、例えばトナー消費率算出部６４によって算出したトナー消費率と実際のトナー消費率との誤差の最大値が±５％である場合には、算出したトナー消費率に対して９５％以下（例えば９０％）の値を補正消費率に設定すればよい。

その後、制御部６１は、主補給不足量算出部６７に、ステップＳ５で算出した補正消費率と、後述するステップＳ１０で算出するトナー供給率ＳＲ１およびステップＳ２０で算出するトナー供給率ＳＲ２から算出されるトナー供給率ＳＲとを減算させ、減算結果を積分させる（ステップＳ６）。

より詳細には、制御部６１は、補正消費率算出部６５に算出させた補正消費率を、主補給タイミング制御部６６によって所定時間（遅延時間ｔ１）だけ遅延させて主補給不足量算出部６７に出力させる。ここで、遅延時間ｔ１は、補正消費率算出部６５において補正消費率を算出した後、当該補正消費率の算出に用いた画像データに対応する画像の現像処理が現像ローラ１と感光体ドラム４８との間で行われ、当該現像処理後に現像ローラ１上に残存した現像剤が現像槽４に回収され、撹拌ローラ２，３によって補給ローラ８の近傍に移動するまでの時間に設定する。

そして、制御部６１は、主補給不足量算出部６７に、遅延時間ｔ１だけ遅延して入力された補正消費率から、当該遅延時間ｔ１に対応する期間中に補給された全トナーの供給率であるトナー供給率ＳＲを減算させ、さらに、その減算結果を積分させる。

その後、制御部６１は、主補給基準比較部６８に、ステップＳ６の積分結果から、ＲＡＭ８１内の基準値記憶部８１ａに記憶されている基準値を減算させ、画像データから算出したトナー消費率（補正消費率）に基づくトナー補給量（主補給量）を算出させる（ステップＳ７）。

そして、制御部６１は、主補給量制御部６９に、ステップＳ７で算出した主補給量が、所定量以上であるか否かを判断させる（ステップＳ８）。

ここで、ステップＳ７で算出した主補給量が所定量以上である場合、制御部６１は、主補給量制御部６９から補給ローラ主駆動部７０に、補給ローラ駆動モータＭを駆動させる駆動信号を出力させる（ステップＳ９）。

また、ステップＳ９に続いて、制御部６１は、トナー供給率算出部７１に、上記遅延時間ｔ１の期間中における主補給によるトナー供給率ＳＲ１を算出させる（ステップＳ１０）。トナー供給率算出部７１は、この主補給によるトナー供給率ＳＲ１と、後述するステップＳ２０において算出する補助補給によるトナー供給率ＳＲ２とから、ステップＳ６において用いられるトナー供給率ＳＲを算出し、主補給不足量算出部６７に出力する。このように、制御部６１は、上記した遅延時間ｔ１の期間中に、現像槽４に補給されたトナーの単位時間当たりの補給量（トナー供給率ＳＲ）をトナー供給率算出部７１に算出させ、主補給不足量算出部６７に出力（フィードバック）させる。ステップＳ１０の後はステップＳ６に戻る。

また、ステップＳ８において、ステップＳ６で算出した主補給量が所定量未満である場合、制御部６１は、主補給量制御部６９から補給ローラ主駆動部７０に、補給ローラ駆動モータＭを停止させる停止信号を出力させる（ステップＳ１１）。

また、トナー濃度の制御処理を行っている期間中、制御部６１は、トナー濃度検出部７３に、現像槽４内のトナー濃度を検出させている。つまり、上記ステップＳ２〜Ｓ１１の処理に並行して、トナー濃度センサ１００からの出力信号がトナー濃度検出部７３に入力されており、制御部６１は、トナー濃度検出部７３に、トナー濃度センサ１００からの出力信号に基づいてトナー濃度の検出処理を行わせている。

この検出処理ではまず、ステップＳ１の後に複写機３０がユーザの選択によりトナー節約モードとなっているか否かを認識する（ステップＳ１２）。複写機３０がトナー節約モードにない場合にはそのままトナー濃度の検出を行う（ステップＳ１４）。一方、複写機３０がトナー節約モードにある場合には、トナー濃度基準値を１増加させた２に切り替え（ステップＳ１３）、トナー濃度を検出する（ステップＳ１４）。

トナー節約モードにある場合には、最終的にトナー濃度基準値をＭまで減少させるように切り替えを行うが、本実施形態ではこのトナー濃度基準値の減少を１ずつ段階的に減少させることとしている。従って、このトナー濃度基準値がＭとなるまでには当該フローを何回か繰り返すこととなるが、トナー濃度基準値を１減少させるタイミングとしては毎フローごとでもよいし、一旦設定した途中段階での各トナー濃度基準値に従ってトナー濃度が安定してからでもよく、適宜設定可能である。目安としては、１枚のシート上に形成される画像にトナー濃度の変化が明らかには認められない程度の時間間隔でトナー濃度基準値を切り替えるとよい。また、この結果、画像形成を行うシート数が少なくてトナー濃度基準値がＭに達しないうちに印刷が終了してしまうことがあってもこれは許容される。

また、制御部６１は、トナー濃度の検出結果をトナー濃度検出部７３から補助補給量算出部７４に出力させる。

そして、制御部６１は、補助補給量算出部７４に、現像槽４内のトナー濃度を、設定したトナー濃度基準値にするために、現像槽４内に含まれているべきトナー量（トナー目標量）から、上記トナー濃度検出値から算出した現像槽４内に含まれているトナー量と、補助補給タイミング制御部７２を介して入力される補正消費率とを減算させる（ステップＳ１５）。

なお、制御部６１は、補正消費率算出部６５に算出させた補正消費率を、補助補給タイミング制御部７２によって所定時間（遅延時間ｔ２）だけ遅延させて補助補給量算出部７４に出力させる。ここで、遅延時間ｔ２は、補正消費率算出部６５において補正消費率を算出した後、当該補正消費率の算出に用いた画像データに対応する画像の現像処理が現像ローラ１と感光体ドラム４８との間で行われ、当該現像処理後に現像ローラ１上に残存した現像剤が現像槽４に回収され、撹拌ローラ２によってトナー濃度センサ１００の濃度検出領域に移動するまでの時間に設定する。

さらに、制御部６１は、補助補給量算出部７４に、ステップ１５の減算結果を積分させ、補助補給量を算出させる（ステップＳ１６）。

その後、制御部６１は、補助補給量制御部７５に、ステップＳ１６で算出した補助補給量が、所定量以上であるか否かを判断させる（ステップＳ１７）。

そして、ステップＳ１６で算出した補助補給量が所定量以上である場合、制御部６１は、補助補給量制御部７５から補給ローラ補助駆動部７６に、補給ローラ駆動モータＭを駆動させる駆動信号を出力させる（ステップＳ１８）。そして、制御部６１は、トナー供給率算出部７１に、上記遅延時間ｔ２の期間中における補助補給によるトナー供給率ＳＲ２を算出させる（ステップＳ１９）。この補助補給によるトナー供給率ＳＲ２と、前記主補給によるトナー供給率ＳＲ１とから、トナー供給率算出部７１によってトナー供給率ＳＲが算出される。

また、ステップＳ１７において、ステップＳ１６で算出した補助補給量が所定量未満である場合、制御部６１は、補助補給量制御部７５から補給ローラ補助駆動部７６に、補給ローラ駆動モータＭを停止させる停止信号を出力させる（ステップＳ２０）。

その後、制御部６１は、トナー濃度制御処理を継続するか否かを判断する（ステップＳ２１）。そして、トナー濃度制御処理を継続する場合には、ステップＳ２およびＳ１２からの処理を再び行い、トナー濃度制御処理を終了する場合には、トナー濃度制御系６０の動作を停止させ、処理を終了する。特に、ステップＳ１２について説明したように、トナー濃度基準値をＭまで減少させる途中にある場合には、トナー濃度制御処理を継続する。

上述した図４のフローチャートに従って、トナー節約モードでのトナー濃度基準値の切り替えを行うことにより、そのトナー濃度基準値においてトナーを多めに供給すべき画像データが与えられたときに、現像ローラ１から感光体ドラム４８へのトナー供給量がある値で飽和してそれ以上供給されないため、トナー消費量を節約することができる。なお、上記トナー節約モードはユーザによって指示されるものであったが、それ以外に、多量のシートに印刷を行う場合や、トナーを多量に消費する画像データが入力された場合などに、複写機３０が自動的にトナー節約モードに入るようになっていてもよい。すなわち複写機３０は、所望のタイミングでトナー節約モードに入ることのできる画像形成装置である。

以上のように、本実施形態に係る複写機３０によれば、トナー濃度基準値を切り替えるだけで確実にトナーを節約することができるので、２成分現像剤を用いて現像を行う電子写真方式の画像形成装置において、容易かつ正確にトナー消費量を変更することのできる画像形成装置を実現することができる。

ところで、トナー節約のために現像剤のトナー濃度を低くすると、現像剤中のキャリアが現像槽４外へこぼれ出る、いわゆるキャリア上がりの現象が起きやすくなる。そこで、複写機３０においては、トナー濃度基準値を切り替えるときに、切り替え後のトナー濃度基準値に応じて、感光体ドラム４８の表面電位と現像ローラ１の現像バイアスとの差を設定するようにしている。この設定手順を、図５を用いて説明する。

この感光体ドラム４８の表面電位と現像ローラ１の現像バイアスとの差については、複写機３０で画像形成を行わないときに、各トナー濃度基準値に応じた最適値を予め求めておく。トナー濃度基準値１〜Ｍのそれぞれに対して、レーザー書き込みユニット４６のレーザーパワーをＰＷＭで制御する際のＯＮデューティを１００％に固定し、さらに帯電器１２をコロナ帯電器としてそのグリッド電圧Ｖｇを−６００Ｖに固定した上で、現像バイアスＶｂを−２７５Ｖ、−３２５Ｖ、および、−３７５Ｖに順に切り替えて３個のパッチを生成する。このとき図５（ａ）に示すように濃度の異なる３種類のパッチができるので、これらの反射光強度（散乱光強度）Ｉ１・Ｉ２・Ｉ３を反射濃度計で読み取る。この結果を、図５（ｂ）に示すように横軸を現像バイアスＶｂ、縦軸を反射光強度Ｉとしてプロットし、隣接するプロットどうしを直線で結ぶ。そして、基準反射光Ｉｏとなる現像バイアスＶｂｏを求め、この現像バイアスＶｂｏを使用する。そして、決定した現像バイアスＶｂｏに対して、Ｖｇ−Ｖｂｏ＞−１５０Ｖとなる場合には現像かぶりを防止するためにＶｇ＝Ｖｂｏ−１５０Ｖに変更する。

以上のようにして求めた現像バイアスＶｂｏをトナー濃度基準値ごとに不揮発性メモリに記憶させ、各トナー濃度基準値を使用するときに対応する現像バイアスＶｂｏを制御部６１が読み出すようにする。これにより、トナー濃度が減少してもキャリア上がりを防止することができる。もし、感光体ドラム４８の表面電位を変更したならば、上記現像バイアスＶｂｏを上記表面電位との差が変更前と同じ値を保つように変更する。なお、次回の現像バイアスＶｂｏの設定時には、今回求めた現像バイアスＶｂｏを基準にして、Ｖｂｏ＋５０Ｖ、Ｖｂｏ、Ｖｂｏ−５０Ｖで３個のパッチを作る。

また、複写機３０においては、トナー節約モードを実行するときに、トナー濃度基準値の設定のみならず、感光体ドラム４８の表面電位の設定をも行うことにより、トナー消費量の切り替えを行ってもよい。感光体ドラム４８の表面電位を変更すれば、露光条件とトナー消費量との関係などを表す特性曲線が変化するため、トナー消費量を変化させることのできる範囲を広げることができる。従って、トナー濃度基準値の減少だけではトナー消費量を目的の値まで減少させるのが困難な場合でも、容易にトナー量を目的の値にまで減少させることができる。

また、複写機３０においては、複写機３０、従って制御部６１がトナー消費量を切り替えるべきことを認識してから、所定時間が経過した後に印刷を開始するようにしてもよい。トナー節約モードを実行した後に、トナー濃度基準値を通常のトナー濃度基準値１に戻して印刷したい場合に、現像槽４のトナー濃度は低くなっている。従って、この状態からすぐに印刷を開始すると、最初はトナー供給量が不足しているものの、その状態から通常のトナー供給量に向かって濃度調整が行われるため、画像の濃度が急激に変化し、１枚のシート上でも明らかな濃度変化が認められるような問題が生じる可能性がある。従って、トナー消費量を増加させるときには、トナー濃度が所定の値にまで増加する所定時間が経過してから印刷を開始するようにすれば、品質を低下させることなく印刷を行うことができる。

また、複写機３０においては、前述したように、トナー消費量の切り替えがトナー消費量を減少させるものである場合に、トナー濃度基準値を１ずつ段階的に減少させるようにしている。これにより、トナー節約モードにおいてトナー濃度が急激に減少することによって画像の品質が低下することを避けることができる。

また、本実施形態では、トナー濃度制御系６０における全ての処理を、ＣＰＵからなる制御部６１の制御によって行っており、これらの処理を行うためのプログラムを記録媒体に記録し、当該記録媒体からこのプログラムを読み出すようにしてもよい。

この構成では、制御部６１が、記録媒体に記録されているプログラムを読み出して処理を実行する。したがって、このプログラム自体が処理を実現するといえる。

このような制御部６１を含む情報処理装置としては、一般的なコンピューター（ワークステーションやパーソナルコンピュータ）の他に、コンピューターに装着される、機能拡張ボードや機能拡張ユニットを用いることができる。

また、上記のプログラムとは、処理を実現するソフトウェアのプログラムコード（実行形式プログラム，中間コードプログラム，ソースプログラム等）のことである。このプログラムは、単体で使用されるものでも、他のプログラム（ＯＳ等）と組み合わせて用いられるものでもよい。また、このプログラムは、記録媒体から読み出された後、装置内のメモリ（ＲＡＭ等）にいったん記憶され、その後再び読み出されて実行されるようなものでもよい。

また、プログラムを記録させる記録媒体は、情報処理装置と容易に分離できるものでもよいし、装置に固定（装着）されるものでもよい。さらに、外部記憶機器として装置に接続するものでもよい。

このような記録媒体としては、ビデオテープやカセットテープ等の磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＭＯ，ＭＤ，ＤＶＤ，ＣＤ−Ｒ等の光ディスク（光磁気ディスク）、ＩＣカード，光カード等のメモリカード、マスクＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリなどを適用できる。

また、ネットワーク（イントラネット・インターネット等）を介して当該情報処理装置と接続されている記録媒体を用いてもよい。この場合、当該情報処理装置は、ネットワークを介するダウンロードによりプログラムを取得する。すなわち、上記のプログラムを、ネットワーク（有線回線あるいは無線回線に接続されたもの）等の伝送媒体（流動的にプログラムを保持する媒体）を介して取得するようにしてもよい。なお、ダウンロードを行うためのプログラムは、装置内（あるいは送信側装置・受信側装置内）にあらかじめ記憶されていることが好ましい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、２成分現像剤を使用する電子写真方式の画像形成装置全般に適用できる。

本発明の実施形態を示すものであり、複写機に備えられるトナー濃度制御系の構成を示すブロック図である。 図１のトナー濃度制御系を備える複写機の構成を示す断面図である。 図２の複写機に備えられる現像装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、画像形成方法に含まれるトナー濃度制御の流れを示すフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、感光体の表面電位と現像バイアスとの差を設定する方法を示す図である。

符号の説明

４ 現像槽
８ 補給ローラ
１０ 現像装置
３０ 複写機（画像形成装置）
４８ 感光体ドラム
６１ 制御部
７３ トナー濃度検出部
８１ｂ トナー濃度基準値記憶部
１００ トナー濃度センサ

Claims (6)

1. 現像槽に収容された２成分現像剤を用いて現像を行い、所望の段階で同一の入力画像に対するトナー消費量を切り替えることが可能であり、
   前記現像槽内に含まれるトナー量が、前記現像槽内に含まれるトナーの目標量として設定されたトナー基準値となるように、前記現像槽へのトナーの補給量を制御する電子写真方式の画像形成装置において、
   前記トナー消費量を切り替えるために、前記トナー基準値を切り替え、
   前記トナー基準値を切り替えるときに、切り替え後の前記トナー基準値に応じて、感光体の表面電位と現像バイアスとの差を設定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー消費量を増加させるように切り替えるべきことを認識してから、前記現像槽内に含まれるトナー量が所定の値にまで増加する所定時間が経過した後に印刷を開始することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー消費量の切り替えが前記トナー消費量を減少させるものである場合に、前記トナー基準値を、１枚のシート上に形成される画像にトナー濃度の変化が明らかには認められないように設定された時間間隔で段階的に減少させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 現像槽に収容された２成分現像剤を用いて現像を行い、所望の段階で同一の入力画像に対するトナー消費量を切り替えることが可能であり、
   前記現像槽内に含まれるトナー量が、前記現像槽内に含まれるトナーの目標量として設定されたトナー基準値となるように、前記現像槽へのトナーの補給量を制御する電子写真方式の画像形成方法において、
   前記トナー消費量を切り替えるために、前記トナー基準値を切り替え、
   前記トナー基準値を切り替えるときに、切り替え後の前記トナー基準値に応じて、感光体の表面電位と現像バイアスとの差を設定することを特徴とする画像形成方法。
5. 前記トナー消費量を増加させるように切り替えるべきことを認識してから、前記現像槽内に含まれるトナー量が所定の値にまで増加する所定時間が経過した後に印刷を開始することを特徴とする請求項４に記載の画像形成方法。
6. 前記トナー消費量の切り替えが前記トナー消費量を減少させるものである場合に、前記トナー基準値を、最終的な前記トナー基準値に至るまで、１枚のシート上に形成される画像にトナー濃度の変化が明らかには認められないように設定された時間間隔で段階的に減少させることを特徴とする請求項４に記載の画像形成方法。

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